CAT-skannauksen keksintö johti vallankumoukseen lääketieteellisessä diagnoosissa. Kun röntgenkuvat antavat vain tasaisen kaksiulotteisen kuvan ihmiskehosta, CAT-skannaus tarjoaa paljastavan kolmiulotteisen kuvan. Tätä varten CAT-skannaukset ottavat monia virtuaalisia “viipaleita” sähköisesti ja koota ne 3D-kuvaan.
Nyt uusi CAT-skannauksia muistuttava tekniikka, joka tunnetaan nimellä tomografia, on valmis mullistamaan nuoren maailmankaikkeuden tutkimusta ja kosmisen ”pimeiden aikakausien” loppua. Raportissa 11. marraskuuta 2004 ilmestyvässä Nature-lehden numerossa astrofysiikot J. Stuart B. Wyithe (Melbournen yliopisto) ja Abraham Loeb (Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskus) ovat laskeneet kosmisten rakenteiden koon, joka mitataan, kun astronomit vaikuttavat tehokkaasti ota CAT-skannauskuvia varhaisesta universumista. Nämä mittaukset osoittavat kuinka maailmankaikkeus kehittyi ensimmäisen miljardin olemassaolonsa aikana.
"Tähän saakka olemme rajoittuneet yhdestä hetkestä maailmankaikkeuden lapsuudesta - kosmisesta mikroaaltotaustasta", Loeb sanoo. ”Tämän uuden tekniikan avulla voimme katsella koko albumin, joka on täynnä maailmankaikkeuden vauvavalokuvia. Voimme seurata maailmankaikkeuden kasvaa ja kypsyä. ”
Viipaloi tilaa
Wyithen ja Loebin kuvaaman tomografiatekniikan ydin on 21 senttimetrin aallonpituuden säteilyn tutkimus neutraaleista vetyatomeista. Omassa galaksissamme tämä säteily on auttanut tähtitieteilijöitä kartoittamaan Linnunradan pallomaisen halogeenin. Etäisen nuoren maailmankaikkeuden kartoittamiseksi tähtitieteilijöiden on havaittava 21 cm: n säteily, joka on siirtänyt punaisesti: venytetty pidempiin aallonpituuksiin (ja pienempiin taajuuksiin) laajentamalla itse tilaa.
Punasiirtymä korreloi suoraan etäisyyden kanssa. Mitä kauempana vetypilvi on maapallosta, sitä enemmän sen säteily muuttuu punaisena. Siksi, katsomalla tiettyä taajuutta, tähtitieteilijät voivat valokuvata "viipaleen" maailmankaikkeudesta tietyllä etäisyydellä. Askelemalla läpi monien taajuuksien, he voivat valokuvata useita viipaleita ja rakentaa kolmiulotteisen kuvan maailmankaikkeudesta.
”Tomografia on monimutkainen prosessi, mikä on yksi syy siihen, miksi sitä ei ole tehty aiemmin erittäin suurilla punasiirtoilla”, Wyithe sanoo. "Mutta se on myös erittäin lupaava, koska se on yksi harvoista tekniikoista, jotka antavat meille mahdollisuuden tutkia maailmankaikkeuden historian ensimmäisiä miljardia vuotta."
Saippuakuplauniversumi
Ensimmäinen miljardi vuotta on kriittinen, koska silloin ensimmäiset tähdet alkoivat loistaa ja ensimmäiset galaksit alkoivat muodostua pienikokoisissa klustereissa. Ne tähdet palavat kuumana, lähettäen valtavia määriä ultraviolettivaloa, joka ionisoi lähellä olevia vetyatomeja, hajottamalla elektroneja protoneista ja puhdistaen varhaisen maailmankaikkeuden täyttäneen neutraalin kaasun sumua.
Nuoria galaksi-klustereita ympäröivät pian ionisoidut kaasukuplat, kuten vesikupissa kelluvat saippuakuplat. Kun lisää ultraviolettivaloa tulvii tilaa, kuplat kasvoivat suuremmiksi ja sulautuivat vähitellen toisiinsa. Lopulta, noin miljardi vuotta suuren räjähdyksen jälkeen, koko näkyvä maailmankaikkeus ionisoitui.
Varhaisen maailmankaikkeuden tutkimiseksi, kun kuplat olivat pieniä ja kaasu enimmäkseen neutraalia, tähtitieteilijöiden on otettava viipaleet avaruuden läpi ikään kuin viipaloimalla sveitsiläisen juustopalan. Loeb sanoo, että aivan kuten juuston kanssa, "jos maailmankaikkeuden viipaleemme ovat liian kapeita, lyömme samoja kuplia. Näkymä ei muutu koskaan. ”
Saadaksesi todella hyödyllisiä mittauksia, tähtitieteilijöiden on otettava suurempia viipaleita, jotka lyövät eri kuplia. Jokaisen viipaleen on oltava leveämpää kuin tyypillisen kuplan leveys. Wyithe ja Loeb laskevat, että suurimpien yksittäisten kuplien koko oli varhaisessa maailmankaikkeudessa noin 30 miljoonaa valovuotta (vastaa yli 200 miljoonaa valovuotta nykypäivän laajentuneessa maailmankaikkeudessa). Nämä kriittiset ennusteet ohjaavat radiolaitteiden suunnittelua tomografisten tutkimusten suorittamiseksi.
Tähtitieteilijät testaavat pian Wyithen ja Loebin ennusteet käyttämällä joukkoa antenneja, jotka on viritetty toimimaan 100-200 megahertsin taajuuksilla punaisesti siirrettyä 21 cm: n vetyä. Taivaan kartoittaminen näillä taajuuksilla on erittäin vaikea ihmisen aiheuttamien häiriöiden (TV ja FM-radio) ja maapallon ionosfäärin vaikutusten vuoksi matalataajuisiin radioaaltoihin. Uudet edulliset elektroniikka- ja tietotekniikkatekniikat tekevät kuitenkin mahdolliseksi laaja kartoitus ennen vuosikymmenen loppua.
"Stuartin ja Avin laskelmat ovat kauniita, koska kun olemme rakentaneet ryhmämme, ennusteet ovat suoraviivaisia testattaviksi, kun otamme ensimmäiset katsaukset varhaisuniversumin", sanoo Smithsonian radion tähtitieteilijä Lincoln Greenhill (CfA).
Greenhill pyrkii luomaan nämä ensimmäiset katsaukset ehdotuksella varustaa National Science Foundationin erittäin suuri ryhmä tarvittavilla vastaanottimilla ja elektroniikalla, jota rahoittaa Smithsonian. "Onnella luomme ensimmäiset kuvat kuuman materiaalin kuorista useiden maailmankaikkeuden nuorimpien kvartaarien ympärille", Greenhill sanoo.
Wyithen ja Loebin tulokset auttavat myös ohjaamaan alusta alkaen rakennettavien seuraavan sukupolven radio-observatorioiden suunnittelua ja kehittämistä, kuten eurooppalaista LOFAR-hanketta ja yhdysvaltalais-australialaisen yhteistyösuunnitelman tarjoamaa ryhmää rakentamaan radio-hiljaiselle taaksepäin Länsi-Australia.
Alkuperäinen lähde: Harvard CfA: n lehdistötiedote
